JPH0416212A

JPH0416212A - 電源周波数による自動切替装置付気体濃縮器

Info

Publication number: JPH0416212A
Application number: JP2118559A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Fujii; 勝正藤井
Original assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-21
Anticipated expiration: 2010-10-04
Also published as: JPH0790135B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は圧力変動吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ
　Ａｄｓｏｒ−ｐｔｉｏｎ、　　以下ＰＳＡという）法
によって気体を分離する気体濃縮器の改良に係る。

（従来の技術）空気を原料として気体を分離濃縮する方法の一つにＰＳ
Ａ法がある。このＰＳＡ法は加圧供給する原料空気の主
として特定の気体を選択的に吸着しやすい吸着剤等を充
填した複数の吸着塔により、これらを一定のサイクルで
交番的に順次切替えて特定の吸着されにくい気体を吐出
して製品気体とすることにより気体を分離濃縮するもの
である。

また−旦気体等を吸着した吸着剤を減圧するとともに、
製品気体の一部をパージガスとして吸着剤を脱着、浄化
、再生して次のサイクルに備えるようにしたものである
。

ＰＳＡ法による気体の分離濃縮を実施する場合に、前記
サイクルの切替時間（吸着時間・脱着時間）によって気
体の濃縮効率が異なることが公知となっている。（例え
ば「圧力スイング吸着技術集成」工業技術全発行参照）
。

我が国における一般的電源（購入電源）は、地域によっ
てその周波数が５０Ｈｚ　と６０Ｈｚがあり、ＰＳＡ法
による気体濃縮器の原料空気を加圧供給するモーターと
直結したコンプレッサーの能力は、電源電圧が一定であ
っても、その周波数が異なればモーターの回転数やトル
クが異なるので、その能力すなわち吐出空気量も変化す
ることが一般に知られている。

このように電源周波数によってコンプレッサーの能力が
変化する場合に、前記パージガスの流量を電源周波数の
異なる地域によって、任意に選択してＰＳＡ法による気
体濃縮器の効率を改善する試みがなされてきた（例えば
実公昭６２−７３９号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題）ＰＳＡ法による酸素濃縮器の場合に、吐出する製品ガス
の濃度（体積比・以下同じ）と酸素流量等の関係の一例
を次表に示す。第１表は、電源周波数が６０　Ｈｚにお
いて最適な条件（オリフィスと切替操作圧）に調整した
もので、第２表は、前記の６０Ｈｚにおいて調整した条
件で、ｉｆｆｆｆ波周波数を５０Ｈｚにした場合である
。第３表は、前記の６０Ｈｚにおいて調整したものを電
源周波数を５０Ｈｚにしてあらたにオリフィスのみを調
整したものである。

また第４表は、電源周波数５０Ｈｚにおいてあらたに最
適な条件（オリフィスと切替操作圧）に調整したもので
ある。

なお、各サイクルにおける吸着塔の切替えは、その操作
圧を一定値にして行っている。

第１表第３表第２表第４表この表によって明らかなように、酸素濃縮器が吐出する
酸素ガス濃度は、電源周波数によって異なるので、その
差を改善するためにパージガス通気路のオリフィス断面
積を任意に選択しようとするものが前記公報に開示され
る考案である。

本発明は、電源周波数が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚにな
ったことを自動的に検出して、前記オリフィスの細孔断
面積を選択的に切替えるとともに、前記各サイクルにお
ける切替時間も同時に切替えて、ＰＳＡ法による気体濃
縮器の効率を一層高めるものであり、また、この気体濃
縮器が医療用の酸素濃縮器の場合には、その流通形態の
多くがいわゆるレンタルによる貸出しであり、同一装置
を電源周波数の異なる地域でレンタルの対象とした場合
においてもそれぞれ最適な条件を自動的に選択可能とす
ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は供給する原料空気の主として特定の易吸着性気
体を選択的に吸着する吸着剤を少なくとも充填した複数
の吸着塔を有し、これらの吸着塔を交番的に切替えて特
定の難吸着性気体を濃縮して製品気体を得る圧力変動吸
着法による気体濃縮器において、電源周波数の変化を検
出して、前記吸着剤を浄化再生するパージガスの通気路
に付設したオリフィスの細孔断面積を選択的に切替える
とともに、前記吸着塔を交番的に切替える切替時間を選
択的に切替えることを特徴とする電源周波数による自動
切替装置付気体濃縮器にある。

（作　用）以下図面について、本発明の実施の一例態様を説明する
。

第１図は本発明の電源周波数の自動切換装置の概略フロ
ー系統図、第２図は、制御回路のブロックダイヤグラム
、第３図は、電源周波数の違いによって作動するリレー
に対応する、電磁弁、オリフィスの切替えを示すタイム
チャートである。

第２図において、１６は周波数弁別用のＩＣ（本実施例
ではＬＭＳ６７）と２３の定数で電源周波数が６０Ｈｚ
の時のみリレー１７を作動させるもので（第３図参照）
、このリレーにより次のような制御を行う。

■　前記パージガスの通気路に付設したオリフィスを５
０Ｈ２用と６０Ｈ２用の異なった細孔断面積のものを選
択的に切替える（第３図のオリフィス１とオリフィス２
との切替えに当る）。

■　前記各サイクルにおける切替時間を５０　Ｈｚ用と
６０Ｈｚ用の異なった時間を選択的に切替える（第３図
のｔｒ、ｔｚとｔ　、　ｌ　、　　ｔ　２１に当る。）
。

本発明は次のように作用する。気体濃縮器の電源周波数
が５０Ｈｚであるか６０Ｈｚであるかを検出する構成は
次のとおりである。

第２図において、制御回路に設けた定数２３のコンデン
サーＣと、電気抵抗Ｒとによって定まる固有の定数と各
電源周波数における位相差を電子制御デバイスＩＣによ
って検出するものである。この検出結果により、リレー
を駆動してそのリレーの接点により ■　３方を磁弁を作動させて、前記オリフィスの通気路
を選択的に切替える（第３図の３方弁、オリフィス１，
２を参照）。

■　制御回路の前記各サイクルにおける切替時間に関す
る定数を選択的に切替えるものである。

この切替時間は、フリップフロンプデハイスであるＩＣ
（後述の実施例ではＬＭ４５３８．　　ＬＭ４０７７　
）で構成し、５方弁の切替えは２２のソリンドステート
リレーを駆動して行うものである。

また同ＩＣの切替時間を決定する定数は同ｒｃに接続す
るコンデンサー〇、電気抵抗Ｒで定まるので、この抵抗
Ｒ，Ｒ’を前記リレーにより所望の切替時間になるよう
に選択するものである。なお、この電源周波数の違いを
検出する手段は、前記構成にかかわらず他の方法によっ
て検出することも可能である。例えば電気的なフィルタ
ー回路を通すことにより、電源周波数の違いを検出する
方法、電源周波数を分周し、その周期の違いを検出する
方法等が採用できる。

（実施例）本発明の実施例はＰＳＡ法により酸素ガスを製品とする
装置であり、以下に図面を参照して説明する。

第１図は、本発明を実施したＰＳＡ法による装置の安全
装置や警報装置を省略したフローを示す系統図であり、
第２図は、同装置を制御するための制御回路の電気系の
ブロックダイヤグラムである。

第１図において、１は交流電源で、この電源によりコン
ブレンサー３が動作し、加圧空気を吸着塔５又は５′に
供給するとともに制御回路１０に交流電源を供給するも
のである。

一方、原料空気を供給していない側の吸着塔は、減圧脱
着して吸着剤を浄化再生する。１５は前記交流電源から
直流電流を得て制御回路１０を駆動するものである。

５．５′は窒素を選択的に吸着するゼオライト系の吸着
剤を充填したもので、吸着されにくい酸素ガスと若干の
アルゴンガス等をバッファタンク９を経て減圧弁１１に
より所望の圧力に減圧し、製品気体出口１４より製品ガ
スとして取出すように構成したものである。また、１９
は５方弁を電源周波数が５０Ｈｚと６０　Ｈｚでは、異
なった切替時間で制御する５方弁制御体号で、２０は同
じ＜５０Ｈｚと６０Ｈｚではオリフィスを６又は６′に
切替える３方弁７を制御する３方弁制御体号である。

なお、２は吸入フィルター、１３は流量調節弁兼流量計
、８，８′は１方弁、２１はサイレンサーである。

さらに詳しくは第２図において、１６は電源周波数が５
０Ｈ２か６０Ｈｚかを検出するための周波数弁別器で、
前項でも説明したように５０Ｈｚと６０Ｈｚでは位相が
異なる点をＩＣにより検出してリレー１７を駆動するよ
うにしたもので、本実施例では電源周波数が６０Ｈｚの
場合のみリレー１７が作動するようにしたものである。

その作動範囲は５８．５　Ｈｚ〜６１．５　Ｈｚである
。１８は吸着塔を各サイクルで異なった切替時間になる
ように５方弁制御信号１９を得るための時間切替器であ
る。なお、２０は３方弁制御体号である。この実施例に
用いた気体流路の切替弁は３方弁と５方弁でありそれぞ
れの概略構造図は第４図及び第５図に示す通りである。

第４図又は第５図において、２４は駆動コイル、２５は
スプリング、２６は鉄芯、２７はスプールである。

そして、第４図の３方弁においては入口２８に対して出
口２９．２９’を設け、第５図の５方弁においては、入
口２８に対して出口２９．２９’及び排気口３０゜３０
′を設けである。

次に本発明を実施した場合と従来の技術を実施した場合
における、製品ガスの定格吐出量が同一の場合の、ＰＳ
Ａ法による酸素濃縮器の吸着塔と同装置の寸法等につい
ての比較を第５表に示す。

（製品ガス濃度は、５０Ｈｚと６０Ｈｚの電源で駆動し
た値の内、下位の数値である）第５表本実施例では、吸着塔に主として窒素を選択的に吸着す
るゼオライト系の吸着剤を充填して、製品気体として酸
素ガスを吐出するように構成したが、本実施例に限らず
、別の吸着剤を用いて別の製品気体を得ることも可能で
ある。例えば主として酸素を選択的に吸着する活性炭系
の吸着剤を充填し、製品気体として窒素ガスを吐出する
ように構成することも可能である。また吸着塔中で、吸
着剤に加え、若干量の吸湿剤を充填することも、吸着剤
の劣化防止のうえで有効である。

（発明の効果）ＰＳＡ法による気体濃縮器において従来の技術では電源
周波数が５０Ｈ２あるいは６０Ｈｚと異なった場合に、
同装置の性能が劣る方の電源周波数（一般に５０Ｈｚ）
であっても所望の性能が得られる必要があるために、外
形寸法、重量ともに大きくなる傾向があった。

また電源周波数に対応して前記オリフィスを任意に選択
する試みもなされたが、前記各サイクルの切替時間につ
いてはその対象外であった。

本発明を実施することにより電源周波数が５０Ｈｚ　、
６０　Ｈｚと異なった場合でも、自動的にその周波数の
異なりを検出して前記オリフィスを選択するとともに、
前記各サイクルの切替時間も選択するので同装置の対電
源周波数性能を一層高めることができ、その結果衣のよ
うな効果がある。

■　前記のいずれの電源であっても自動的に同装置の動
作条件（オリフィス及びサイクル切替時間）を最適に保
てるので例えば電源周波数の異なる地域を対象とした同
装置の全国的なレンタルあるいはリース等のいわゆる貸
出し業でも効率的に運営ができる。

■　従来技術による同装置に比較して、電源周波数が異
なっても高効率な気体濃縮ができるので、製品吐出流量
が同じ場合に、外形寸法、重量とも格段に小さくするこ
とが可能となる新規な効果を有する（本実施例では、外
形体積比で約１７２５重量比で約１／１．３）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに好適なＰＳＡ法による気
体濃縮器の、安全装置や警報装置を省略したフローを示
す系統図、第２図は同気体濃縮器の制御回路のブロックダイヤグラ
ム、第３図はリレーに対応する電磁弁、オリフィスの切替え
を示すタイムチャート、第４図は３方弁の概略構造図、第５図は５方弁の概略構造図である。１・・・交流電源２・・・吸入フィルター３・・・コンプレッサー４・・・５方弁５．５′・・・吸着塔６．６′・・・オリフィス７・・・３方弁８．８′・・・１方弁９・・・バッファタンク１０・・・制御回路１１・・・減圧弁１３・・・流量調節弁兼流量計１４・・・製品気体出口Ｉ５・・・直流電源１６・・・周波数弁別器１７・・・リレー１８・・・時間切替器１９・・・５方弁制御信号２０・・・３方弁制御体号２１・・・サイレンサー２２・・・ソリッドステートリレー２３・・・ＣＲ定数２４・・・駆動コイル２５・・・スプリング２６・・・鉄芯２７・・・スプール２８・・・人口２９、２９’・・・出口３０、３０’・・・排気口

Claims

【特許請求の範囲】

１、供給する原料空気の主として特定の易吸着性気体を
選択的に吸着する吸着剤を少なくとも充填した複数の吸
着塔を有し、これらの吸着塔を交番的に切替えて特定の
難吸着性気体を濃縮して製品気体を得る圧力変動吸着法
による気体濃縮器において、電源周波数の変化を検出し
て、前記吸着剤を浄化再生するパージガスの通気路に付
設したオリフィスの細孔断面積を選択的に切替えるとと
もに、前記吸着塔を交番的に切替える切替時間を選択的
に切替えることを特徴とする電源周波数による自動切替
装置付気体濃縮器。